KR102225949B1 - 서큘레이터에 결합된 매칭 네트워크 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

서큘레이터와 안테나를 연결하는 매칭 네트워크가 제공된다. 상기 매칭 네트워크는 상기 서큘레이터의 누설 신호를 상쇄하기 위한 반사 신호의 반사계수를 산출하는 반사계수 산출부; 상기 산출된 반사계수를 기반으로 임피던스 값을 산출하는 임피던스 산출부; 및 상기 산출된 임피던스 값을 기반으로 상기 안테나의 임피던스 값을 변경하는 매칭 네트워크 회로를 포함한다.

Description

서큘레이터에 결합된 매칭 네트워크 시스템 및 방법{Matching network system and method combined with circulator}

본 발명은 서큘레이터(Circulator)의 격리도(Isolation) 성능을 높이는 기술로서, 구체적으로는 여러 주파수에서 서큘레이터(Circulator)의 격리도(Isolation)를 높이기 위한 매칭 네트워크 시스템 및 방법에 관한 것이다.

RF 서큘레이터는 페라이트를 이용한 3개의 포트를 가진 비가역적(Non-reciprocal)인 디바이스이다. RF 서큘레이터는 비가역적인 특성 때문에 포트 1로 들어가는 에너지를 주로 포트 2에서 나오고, 포트 2로 들어가는 에너지는 포트 3에서 나오고, 포트 3에서의 에너지가 포트 1로 빠져나온다. 이러한 서큘레이터는 페라이트를 사용하기 때문에 다른 RF 소자들과 집적하기 어려우며, 독립 소자로 크기가 크고, 가격이 비싼 단점이 있다. 따라서 개별 시스템을 위해 성능이 좋은 서큘레이터를 설계하기에는 매우 어려운 한계가 있다.

도 1은 종래 기술의 일 실시예로서, 매칭 네트워크 서큘레이터 구조를 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 서큘레이터는 주로 레이더 및 통신 시스템에서 사용되며, 송신 중에는 송신기(포트 1)에서 안테나(포트 2)로, 수신 중에는 안테나(포트 2)에서 수신기(포트 3)로 신호를 흐르게 하는 용도로 사용된다. 하지만 서큘레이터는 포트 3을 포트 1로부터 신호를 완벽하게 격리하지 못하기 때문에 송신기의 강한 신호가 수신기로 흘러서 수신하려는 신호에 간섭 및 노이즈(Noise)를 추가하여 수신 감도를 떨어뜨리게 된다. 기존의 서큘레이터의 경우, 수동소자의 특정 주파수 범위에서 -20 ~ -15dB 정도의 격리도를 가지고 있다.

또한 서큘레이터의 격리도는 포트 2의 정합 여부(Impedance matching)에 크게 좌우된다. 포트 1에서 포트 2로 전달된 신호는 포트 2의 부정합에 의하여 반사되어 포트 3으로 흐르게 된다. 따라서 서큘레이터 포트 1과 3의 격리도는 포트 2의 정합도에 의해 결정된다. 일반적으로 안테나는 임피던스(Impedance)가 정확하게 50 Ohm으로 설계되지 못하기 때문에, 송수신기 격리도는 일반적인 서큘레이터 격리도보다 낮아지게 된다.

또한 기존 기술로 서큘레이터의 격리도를 높이기 위해서는 일반적으로 -20dB의 격리도를 가지는 서큘레이터에서 페라이트의 소재를 바꾸거나, 구조 자체를 새로 제작하여야 한다. 만약 구조 자체를 새로 제작 가능한다 하더라도, 주파수 조정은 불가능하기 때문에 제작된 서큘레이터를 특정 주파수에 한해서만 사용 가능하다는 한계점이 있다. 게다가 기존 서큘레이터는 안테나 포트의 부정합에 의한 격리도 하락을 상쇄하는 것을 불가능한 한계점이 있다.

한국등록특허공보 제1553008호 미국공개특허공보 제2006-0025088호

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사항을 고려하여 제안된 것으로,

여러 주파수에서 서큘레이터의 격리도 성능을 높이는 것을 목적으로 한다.

또한 페라이트를 변형시켰던 기존 방식과 다르게 본 발명은 복잡한 구성없이 매칭 네트워크와 버랙터 다이오드(Varactor diode)만을 이용하여 높은 격리도를 구현하는 것과 동시에, 주파수 가변을 통해 여러 통신 시스템 및 상황에서의 활용이 가능한 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 기존에 제작된 서큘레이터에 적용 가능하여 사용자들이 저렴하고 쉽게 제작하고 이용할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해할 수 있을 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 서큘레이터에 결합된 매칭 네트워크 시스템은 안테나가 결합된 포트(안테나 포트)에서 누설되는 신호(누설 신호)를 상쇄하기 위해 필요한 반사계수를 주파수별로 산출하는 반사계수 산출부, 상기 산출된 반사계수를 임피던스 값으로 산출하는 임피던스 산출부, 상기 산출된 임피던스 값으로 임의의 안테나 임피던스 값을 변화시키는 매칭 네트워크 회로(Matching network circuit)를 이용하여 임의의 안테나와 매칭시키는 매칭부를 포함하여 상기 누설 신호가 상쇄되도록 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사 계수 산출부의 반사계수는 상기 반사 신호의 크기 값과 위상 값을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사 신호의 크기 값은 하기 수학식 1로 표현되는 반사파의 크기 값 산출식을 이용하여 상기 반사 신호의 크기 값을 구하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사 신호의 위상 값은 하기 수학식 2로 표현되는 반사파의 위상 값 산출식을 이용하여 상기 반사 신호의 위상 값을 구하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사 신호의 크기 값과 위상 값이 상기 주파수별로 모두 만족하기 위해 매칭 네트워크 회로에 더 포함된 버랙터 다이오드(Varactor diode)를 이용하여 전압을 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 서큘레이터에 결합된 매칭 네트워크 방법은 반사계수 산출부에서 안테나에 결합된 포트(안테나 포트)에서 누설되는 신호(누설 신호)를 상쇄하기 위한 반사 신호의 반사계수를 주파수별로 산출하는 반사계수 산출단계, 임피던스 산출부에서 상기 산출된 반사계수를 임피던스 값으로 산출하는 임피던스 산출단계, 매칭부에서 상기 산출된 임피던스 값으로 임의의 안테나 임피던스 값을 변화시키는 매칭 네트워크 회로(Matching network circuit)를 이용하여 임의의 안테나와 매칭시키는 매칭단계를 포함하여 상기 누설 신호가 상쇄되도록 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사계수 산출단계의 반사계수는 상기 반사 신호의 크기 값과 위상 값을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사 신호의 크기 값은 하기 수학식 1로 표현되는 반사파의 크기 값 산출식을 이용하여 상기 반사 신호의 크기 값을 구하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사 신호의 위상 값은 하기 수학식 2로 표현되는 반사파의 위상 값 산출식을 이용하여 상기 반사 신호의 위상 값을 구하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사 신호의 크기 값과 위상 값이 상기 주파수별로 모두 만족하기 위해 매칭 네트워크 회로에 더 포함된 버랙터 다이오드(Varactor diode)를 이용하여 전압을 조절하는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같은 서큘레이터에 결합된 매칭 네트워크 시스템 및 방법에 따르면,

첫째, 여러 주파수에서 서큘레이터의 격리도 성능을 높여, 레이더 및 통신 시스템, 풀 듀플렉스(Full duplex)의 시스템 등 관련된 시스템 성능 향상에 큰 도움을 줄 수 있는 효과가 있다.

둘째, 기존에 제작된 서큘레이터에 적용함으로써, 새롭게 서큘레이터를 구입하거나 공정이 필요없다는 점에서 제작 비용이 저렴한 효과가 있다.

셋째, 페라이트를 변형시켰던 기존 방식과 다르게 복잡한 구성없이 매칭 네트워크와 버랙터 다이오드(Varactor diode)만을 이용하여 높은 격리도를 구현하는 것과 동시에, 주파수 가변을 통해 여러 통신 시스템 및 상황에서의 활용이 가능한 효과가 있다.

넷째, 기존에 제작된 서큘레이터에 적용 가능하여 사용자들이 저렴하고 쉽게 제작하고 이용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술의 일 실시예로서, 매칭 네트워크 서큘레이터 구조를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 서큘레이터에 결합된 매칭 네트워크 시스템을 나타낸 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 서큘레이터에 결합된 매칭 네트워크 방법을 나타낸 순서도.
도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 삽인 신호(Insertion signal=Throw signal)의 크기와 위상 값을 조절하여 누설 신호가 상쇄되도록 함으로써 서큘레이터의 격리도를 증가시키는 개념도를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 서큘레이터에 연결되는 매칭 네트워크에 대한 회로도를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예로서, 높은 격리도를 유지하면서 주파수 가변이 되는 것을 보여주는 도면.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예로서, 높은 격리도를 위해 필요한 삽인 신호의 반사계수

의 범위를 나타낸 도면.
도 7c는 본 발명의 일 실시예로서, 도 7a 및 도 7b에서의 반사계수

이 매칭 네트워크에 적용되는 것을 보여주는 도면.
도 8a는 본 발명의 일 실시예로서, 도 7a 내지 도 7c로부터 산출된 임피던스 값을 기반으로 한 매칭 네트워크의 물리적 길이를 나타낸 도면.
도 8b는 본 발명의 일 실시예로서, 도 7a 내지 도 7c로부터 산출된 임피던스 값을 기반으로 한 매칭 네트워크의 전기적 길이를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시예로서, 도 7a 및 도 7c의 반사계수

를 스미스 차트에 표기한 도면.
도 10 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예로서, 도 9의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
도 19는 본 발명의 일 실시예로서, 본 발명의 매칭 네트워크가 임의의 안테나의 임피던스에서도 높은 격리도를 유지하는 것을 보여주는 도면.
도 20 내지 도 31은 본 발명의 일 실시예로서, 도 19의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
도 32는 본 발명의 일 실시예로서, 도 20 내지 도 31의 임의의 안테나 임피던스 영역들을 모두 표기한 도면.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. 본 발명의 특징 및 이점들은 첨부 도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명의 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한 본 발명과 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야할 것이다.

서큘레이터는 비가역적인 특성을 가진 3포트 소자로서, 포트 1로 들어가는 에너지가 주로 포트 2에서 나오고, 포트 2로 들어가는 에너지가 포트 3에서 나오고, 포트 3에서의 에너지가 포트 1로 빠져나온다. 하지만 신호가 전부 전달되지 않고 일부 신호는 다른 포트로 누설된다. 이렇게 누설되는 신호가 격리되는 정도를 격리도(Isolation)라고 한다. 일반적인 서큘레이터의 격리도 정도는 -20dB 정도이다. 이를 증가시키기 위해서는 ‘포트 1에서 포트 2, 포트 2에서 포트 3, 포트 3에서 포트 1로의 신호 흐름과 같은 삽인 신호’와, ‘포트 1에서 포트 3, 포트 3에서 포트 2, 포트 2에서 포트 1과 같은 누설 신호’간의 상쇄를 통해서 격리도 정도를 증가시킬 수 있다. 예를 들면 포트 1에서 신호를 입력하였다고 했을 때, 포트 1에서 포트 3으로의 누설된 신호를 없애기 위해서는 ‘포트 1, 포트 2, 포트 3으로 경로를 지나는 신호인 삽인 신호’와, ‘누설 신호’의 크기가 같아야하며, 위상이 180도 차이나야 한다. 이를 실현하기 위해서는 삽인 신호 패스 중간에 매칭 네트워크를 달음으로써 구현할 수 있다. 매칭 네트워크는 일반적으로 회로 간의 반사량을 줄여 최대전력전달을 목표로 사용이 되지만, 본 발명에서는 반사량이 누설 신호와 상쇄되도록 조절하는 데에 사용되었다. 이를 통해 누설 신호와 삽인 신호 간 상쇄가 되어 높은 격리도 값을 가질 수 있다.

서큘레이터 격리도 성능을 증가시키기 위해서는 삽인 신호와 누설 신호 간 크기와 위상이 같아야 한다. 하지만 고정된 매칭 네트워크는 하나의 주파수에서만 격리도를 증가시키며, 납땜이나 서큘레이터 부품들의 차이에 의해 격리도 증가가 틀어질 수 있다. 이를 보정하기 위해, 마이크로스트립 라인(Microstrip line)으로 구성된 매칭 네트워크에 버랙터 다이오드를 연결하여 전압을 조절함으로써 삽인 신호의 크기 값과 위상 값을 변화시킬 수 있다. 이를 통해 외부 요인에 의해 변화된 서큘레이터 격리도 성능을 높게 유지할 수 있다. 또한 여러 대역에 걸쳐서 사용자가 원하는 주파수에서도 높은 격리도 값을 확보할 수 있다. 이 때 버랙터 다이오드는 트랜지스터 스위치(Transistor switch) 등 전압 조절이 가능한 다양한 부품으로 변경 가능하다.

즉 본 발명은 매칭 네트워크를 이용하여 삽인 신호의 크기 값과 위상 값을 조절하여 서큘레이터 내부 누설 신호와의 상쇄를 이루어 높은 격리도 값을 확보하였다. 또한 버랙터 다이오드를 이용하여 외부 요인에 따른 동작 주파수에서의 격리도 변화를 보정하며, 버랙터 다이오드의 커패시턴스(Capacitance) 값을 변화시켜 사용자가 원하는 동작주파수로 전환이 가능하게 하였다.

도 2는 본 발명의 일 실시예로서, 서큘레이터에 결합된 매칭 네트워크 시스템을 나타낸 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 서큘레이터에 결합된 매칭 네트워크 시스템은 안테나가 결합된 포트(안테나 포트)에서 누설되는 신호(누설 신호)를 상쇄하기 위해 필요한 반사계수를 주파수별로 산출하는 반사계수 산출부(100), 상기 산출된 반사계수를 임피던스 값으로 산출하는 임피던스 산출부(200), 상기 산출된 임피던스 값으로 임의의 안테나 임피던스 값을 변화시키는 매칭 네트워크 회로(Matching network circuit)를 이용하여 임의의 안테나와 매칭시키는 매칭부(300)를 포함하여 상기 누설 신호가 상쇄되도록 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사 계수 산출부(100)의 반사계수는 상기 반사 신호의 크기 값과 위상 값을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사 신호의 크기 값은 하기 수학식 1로 표현되는 반사파의 크기 값 산출식을 이용하여 상기 반사 신호의 크기 값을 구하는 것을 특징으로 한다. 하기 수학식 1은

로부터 도출된다.

(

는 반사 신호의 크기 값, mag(S21)은 입력포트에서 안테나포트로 가는 신호의 크기 값, mag(S31)은 서큘레이터의 누설 신호의 크기 값, mag(S32)은 안테나포트에서 출력포트로 가는 신호의 크기 값)

상기 반사 신호의 위상 값은 하기 수학식 2로 표현되는 반사파의 위상 값 산출식을 이용하여 상기 반사 신호의 위상 값을 구하는 것을 특징으로 한다. 하기 수학식 2는

로부터 도출된다.

(

는 반사 신호의 위상 값, Phase(S31)은 서큘레이터의 누설 신호의 위상 값, Phase(S21)은 입력포트에서 안테나포트로 가는 신호의 위상 값, Phase(S32)은 안테나포트에서 출력포트로 가는 신호의 위상 값, n=1,3,5,7···)

상기 반사 신호의 크기 값과 위상 값이 상기 주파수별로 모두 만족하기 위해 매칭 네트워크 회로에 더 포함된 버랙터 다이오드(Varactor diode)를 이용하여 전압을 조절하는 것을 특징으로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예로서, 서큘레이터에 결합된 매칭 네트워크 시스템을 나타낸 방법이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 서큘레이터에 결합된 매칭 네트워크 방법은 반사계수 산출부(100)에서 안테나에 결합된 포트(안테나 포트)에서 누설되는 신호(누설 신호)를 상쇄하기 위한 반사 신호의 반사계수를 주파수별로 산출하는 반사계수 산출단계(S100), 임피던스 산출부(200)에서 상기 산출된 반사계수를 임피던스 값으로 산출하는 임피던스 산출단계(S200), 매칭부(300)에서 상기 산출된 임피던스 값으로 임의의 안테나 임피던스 값을 변화시키는 매칭 네트워크 회로(Matching network circuit)를 이용하여 임의의 안테나와 매칭시키는 매칭단계(S300)를 포함하여 상기 누설 신호가 상쇄되도록 조절하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사계수 산출단계(S100)의 반사계수는 상기 반사 신호의 크기 값과 위상 값을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사 신호의 크기 값은 상기 수학식 1로 표현되는 반사파의 크기 값 산출식을 이용하여 상기 반사 신호의 크기 값을 구하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사 신호의 위상 값은 상기 수학식 2로 표현되는 반사파의 위상 값 산출식을 이용하여 상기 반사 신호의 위상 값을 구하는 것을 특징으로 한다.

상기 반사 신호의 크기 값과 위상 값이 상기 주파수별로 모두 만족하기 위해 매칭 네트워크 회로에 더 포함된 버랙터 다이오드(Varactor diode)를 이용하여 전압을 조절하는 것을 특징으로 한다.

본 발명을 실험을 통해 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 실험은 도 7 내지 도 18을 참조한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 실험은 다음과 같은 단계로 이루어진다.

(1) 서큘레이터의 내부 신호를 분석하기 위해 서큘레이터를 50 Ohm 라인에 연결한 후, VNA(Vector Network Analyzer)를 이용하여 측정한다.

(2) 측정된 서큘레이터 값을 상용 회로 시뮬레이터(Circuit simulator) ‘Advanced Design System'을 이용하여, 서큘레이터에 연결되어있던 50 Ohm 라인을 디임베디드(De_embedded)하여 서큘레이터 고유 신호를 확인한다.

(3) 확인된 서큘레이터의 고유 신호를 이용하여 외부에 매칭 네트워크와 버랙터 다이오드를 연결한 후, 레이아웃(Layout) 과정을 수행하여 시뮬레이션 결과를 얻는다.

(4) 공정을 이용하여 제작된 회로를 VNA를 이용하여 측정한다.

(5) 측정된 결과(4)와, 시뮬레이션 결과(3)를 비교 분석한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예로서, 삽인 신호의 크기와 위상 값을 조절하여 누설 신호가 상쇄되도록 함으로써 서큘레이터의 격리도를 증가시키는 개념도를 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 포트 1로 들어오는 신호는 포트 2와 포트 3으로 나누어 전달된다. 그리고 서큘레이터의 격리도를 증가시키기 위해 ‘포트 1에서 포트 2로 들어온 신호를 반사시켜 포트 2에서 포트 3으로 통과한 신호’가 ‘포트 1에서 포트 3으로 전달된 신호’와 같은 크기이면서 180도 위상 차이를 갖도록 상쇄시킨다.

도 5는 본 발명의 일 실시예로서, 서큘레이터에 연결되는 매칭 네트워크에 대한 회로도를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예로서, 높은 격리도를 유지하면서 주파수 가변이 되는 것을 보여주는 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 총 4개의 다른 특성 임피던스를 가지는 트랜스미션 라인(Transmission line)을 이용하여 매칭 네트워크를 구성하고, 버랙터 다이오드를 연결하여 동작주파수에서의 격리도 오차조정과 주파수를 가변할 수 있게 만든다. 본 발명에서는 일 실시예로서, 버랙터 다이오드를 2개로 하여 주파수 가변이 가능하게 한 것이다. 버랙터 다이오드 갯수는 사용자의 설정으로 용이하게 변경 가능하다. 이를 통해 도 6에 도시된 바와 같이, 서큘레이터가 높은 격리도를 유지하면서 주파수 가변이 되는 것이 나타난다.

본 발명의 임피던스 선정 방법을 도 7a 내지 도 7c를 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 7a 및 도 7b는 본 발명의 일 실시예로서, 높은 격리도를 위해 필요한 삽인 신호의 반사계수

의 범위를 나타낸 도면이고, 도 7c는 본 발명의 일 실시예로서, 도 7a 및 도 7b에서의 반사계수

이 매칭 네트워크에 적용되는 것을 보여주는 도면이다.

먼저 도 7a 내지 7c에 도시된 바와 같이, 안테나가 결합된 포트(안테나 포트)에서 누설되는 신호(누설 신호)를 상쇄하기 위해 필요한 반사계수를 주파수별로 산출하였다. 도 7a는 반사계수 중 주파수별 반사 신호 크기 값의 범위이며, 도 7b는 반사계수 중 주파수별 반사 신호 위상 값의 범위이다. 그리고 산출된 반사계수를 임피던스 값으로 산출하였다. 즉 임피던스 값은 상기 산출된 반사계수를 스미스 차트(Smith chart)에 적용하여 산출하였다.

도 8a는 본 발명의 일 실시예로서, 도 7a 내지 도 7c로부터 산출된 임피던스 값을 기반으로 한 매칭 네트워크의 물리적 길이를 나타낸 도면이고, 도 8b는 본 발명의 일 실시예로서, 도 7a 내지 도 7c로부터 산출된 임피던스 값을 기반으로 한 매칭 네트워크의 전기적 길이를 나타낸 도면이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예로서, 도 7a 및 도 7c의 반사계수

를 스미스 차트에 표기한 도면이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 반사 신호의 크기 값은 매우 작아 50 Ohm 근처이고, 반사 신호의 위상 값만 변하는 형태이기 때문에 스미스 차트의 중심 부근에서 플롯(Plot)된다. 반면 버랙터 다이오드(Varactor diode)의 전압이 바뀜에 따라 매칭 네트워크 쪽을 바라본 임피던스의 경우, 모두 스미스차트의 중심 부근을 모두 포함하고 있기 때문에 누설 신호가 2.15GHz ~ 2.55GHz의 주파수에서 격리시킬 수 있음을 알 수 있다.

도 10 내지 도 18은 본 발명의 일 실시예로서, 도 9의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다. 도 10 내지 도 18에 도시된 바와 같이, 다른 라인 또는 소자 값은 모두 고정되어있는 상태이며, 오직 전압만 바뀌고 있는 상태이다.

도 19는 본 발명의 일 실시예로서, 본 발명의 매칭 네트워크가 임의의 안테나의 임피던스에서도 높은 격리도를 유지하는 것을 보여주는 도면이다. 임의의 안테나에 대해서도 높은 격리도(Isolation)을 유지하기 위해서는 매칭 네트워크와 임의의 안테나 임피던스 간의 공역 매칭(Conjugate matching)이 되어야 한다. 이에 본 발명에서는 제안한 매칭 네트워크가 임의의 안테나에서도 높은 격리도를 유지하는 것을 보여주기 위해 공역 임피던스 값이 -10dB 값을 모두 포함하면, -10dB 서클(Circle) 안에 들어가는 안테나는 모두 높은 격리도 값을 유지할 수 있다는 것을 가정하였다. 그리고 상기 가정을 증명하기 위해 스미스차트 상에 -10dB 서클과 공역 임피던스 값을 플롯(Plot)하였다. 그 결과 오른쪽 그림과 같이 공역 임피던스 값들은 모두 -10dB 영역을 모두 포함하였다. 이를 통해 -10dB의 임피던스를 가지는 안테나 역시 높은 격리도를 가지는 것을 알 수 있다.

도 20 내지 도 31은 본 발명의 일 실시예로서, 도 19의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이며, 도 32는 본 발명의 일 실시예로서, 도 20 내지 도 31의 임의의 안테나 임피던스 영역들을 모두 표기한 도면이다. 도 20 내지 도 32에 도시된 바와 같이, 임의의 안테나 임피던스를 도 19의 -10dB 서클 내부의 점으로 선정하여 시뮬레이션하였다. 그 결과 폭(W: Width) 및 길이(L: Length) 값들은 모두 동일하고, 전압 값만 바뀌는 것이 나타난다.

이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야할 것이다.

100 : 반사계수 산출부 200 : 임피던스 산출부
300 : 설계부

Claims (10)

1. 매칭 네트워크에 있어서,
   반사 계수 산출부;
   임피던스 산출부; 및
   매칭 네트워크 회로를 포함하고,
   상기 매칭 네트워크는 i) 신호 송신부와 연결된 제1 포트, ii) 제2 포트, 및 iii) 신호 수신부와 연결된 제3 포트를 가진 서큘레이터의 상기 제2 포트와 안테나 사이에 위치하고,
   상기 반사 계수 산출부는, 상기 제2 포트로부터 상기 제3 포트로 전달되는 삽인 신호 S32가 상기 제1 포트로의 입력 신호 중 상기 제1 포트로부터 상기 제3 포트로 전달되는 누설 신호 S31를 상쇄하도록, 반사 신호의 반사 계수를 산출하고, 상기 반사 신호는 상기 제1 포트로의 상기 입력 신호 중 상기 제1 포트로부터 상기 제2 포트로 전달된 삽인 신호 S21이 상기 제2 포트와 상기 안테나 간 선로에 의해 반사되어 상기 제2 포트로 입력되는 신호이며;
   상기 임피던스 산출부는 상기 산출된 반사 계수를 기반으로 임피던스 값을 산출하고;
   상기 매칭 네트워크 회로는 상기 산출된 임피던스 값을 기반으로 상기 안테나의 임피던스 값을 변경하며,
   상기 반사 계수는 상기 반사 신호의 크기 값과 상기 반사 신호의 위상 값을 포함하고,
   상기 매칭 네트워크는 상기 삽인 신호 S32가 상기 누설 신호 S31를 상쇄하도록 상기 반사 신호의 크기 값과 상기 반사 신호의 위상 값을 조절하도록 구성된,
   매칭 네트워크.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 매칭 네트워크 회로는 전압을 조절하는 버랙터 다이오드(Varactor diode)를 더 포함하고,
   상기 매칭 네트워크는 상기 버랙터 다이오드를 통해 상기 반사 신호의 크기 값과 상기 반사 신호의 위상 값을 조절하는,
   매칭 네트워크.
4. 제 1 항 또는 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반사 계수 산출부는 다음 수식 1을 기반으로 상기 반사 신호의 크기 값을 산출하며:
   <수식 1>
   

   

   
   여기서,

   

   는 상기 반사 신호의 크기 값, mag(S21)은 상기 삽인 신호 S21의 크기 값, mag(S31)은 상기 누설 신호 S31의 크기 값, mag(S32)은 상기 삽인 신호 S32의 크기 값인,
   매칭 네트워크.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 반사 계수 산출부는 다음 수식 2를 기반으로 상기 반사 신호의 위상 값을 산출하며:
   <수식 2>
   

   

   
   여기서,

   

   는 상기 반사 신호의 위상 값, Phase(S31)은 상기 누설 신호 S31의 위상 값, Phase(S21)은 상기 삽인 신호 S21의 위상 값, Phase(S32)은 상기 삽인 신호 S32의 위상 값인, 여기서 n=1,3,5,7,...,
   매칭 네트워크.
6. 매칭 네트워크를 위한 방법에 있어서,
   상기 매칭 네트워크는 i) 신호 송신부와 연결된 제1 포트, ii) 제2 포트, 및 iii) 신호 수신부와 연결된 제3 포트를 가진 서큘레이터의 상기 제2 포트와 안테나 사이에 위치하고,
   상기 제2 포트로부터 상기 제3 포트로 전달되는 삽인 신호 S32가 상기 제1 포트로의 입력 신호 중 상기 제1 포트로부터 상기 제3 포트로 전달되는 누설 신호 S31를 상쇄하도록, 반사 신호의 반사 계수를 산출하고, 상기 반사 신호는 상기 제1 포트로의 상기 입력 신호 중 상기 제1 포트로부터 상기 제2 포트로 전달된 삽인 신호 S21이 상기 제2 포트와 상기 안테나 간 선로에 의해 반사되어 상기 제2 포트로 입력되는 신호이며;
   상기 산출된 반사계수를 기반으로 임피던스 값을 산출하고;
   상기 산출된 임피던스 값을 기반으로 상기 안테나의 임피던스 값을 변경하는 것을 포함하며,
   상기 반사 계수는 상기 반사 신호의 크기 값과 상기 반사 신호의 위상 값을 포함하고,
   상기 안테나의 임피던스 값을 변경하는 것은: 상기 삽인 신호 S32가 상기 누설 신호 S31를 상쇄하도록 상기 반사 신호의 크기 값과 상기 반사 신호의 위상 값을 조절하는 것을 포함하는,
   방법.
7. 삭제
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 안테나의 임피던스 값을 변경하는 것은:
   상기 매칭 네트워크의 전압을 조절하여 상기 반사 신호의 크기 값과 상기 반사 신호의 위상 값을 조절하는 것을 포함하는,
   방법.
9. 제 6 항 또는 제 8 항에 있어서,
   상기 반사 계수를 산출하는 것은 다음 수식 1을 기반으로 상기 반사 신호의 크기 값을 산출하는 것을 포함하며:
   <수식 1>
   

   

   
   여기서,

   

   는 상기 반사 신호의 크기 값, mag(S21)은 상기 삽인 신호 S21의 크기 값, mag(S31)은 상기 누설 신호 S31의 크기 값, mag(S32)은 상기 삽인 신호 S32의 크기 값인,
   방법.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 반사 계수를 산출하는 것은 다음 수식 2를 기반으로 상기 반사 신호의 위상 값을 산출하는 것을 포함하며:
    <수식 2>
    

    

    
    여기서,

    

    는 상기 반사 신호의 위상 값, Phase(S31)은 상기 누설 신호 S31의 위상 값, Phase(S21)은 상기 삽인 신호 S21의 위상 값, Phase(S32)은 상기 삽인 신호 S32의 위상 값인, 여기서 n=1,3,5,7,...,
    방법.

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